ANA PAULA DA SILVA AVALIAÇÃO DOS PROCESSOS ......S586 Silva, Ana Paula da. Avaliação dos processos responsáveis pela emissão do N2O, num organossolo em Manguariba - RJ / Ana

CENTRO DE ESTUDOS GERAIS

INSTITUTO DE QUÍMICA

MESTRADO EM GEOCIÊNCIAS – GEOQUÍMICA AMBIENTAL

ANA PAULA DA SILVA

AVALIAÇÃO DOS PROCESSOS RESPONSÁVEIS PELA EMISSÃO DO N2O,

NUM ORGANOSSOLO EM MANGUARIBA – RJ

NITERÓI

2011

ANA PAULA DA SILVA

AVALIAÇÃO DOS PROCESSOS RESPONSÁVEIS PELA EMISSÃO DO N2O,

NUM ORGANOSSOLO EM MANGUARIBA – RJ

Dissertação de Mestrado apresentada ao

Curso de Pós-Graduação em Geociências

da Universidade Federal Fluminense, como

requisito parcial para a obtenção do Grau

de Mestre . Área de concentração:

Geoquímica Ambiental.

NITERÓI

2011

S586 Silva, Ana Paula da.

Avaliação dos processos responsáveis pela emissão do N2O, num organossolo em Manguariba - RJ / Ana Paula da Silva. – Niterói : UFF. Programa de Geoquímica, 2011.

89 f. : il. ; 30 cm.

Dissertação (Mestrado em Geociências - Geoquímica Ambiental). Universidade Federal Fluminense, 2011. Orientador: Prof. Dr. John Edmund Lewis Maddock.

1. Óxido nitroso (N2O). 2. Efeito estufa. 3. Solo alagado.

4. Água fluvial. 5. Manguariba (RJ). 6. Produção intelectual.

CDD 574.5222

AGRADECIMENTOS

Aos meus pais pelo amor, força e dedicação.

Ao meu orientador Prof. Dr. John Edmund Lewis Maddock pela orientação, pelas

horas e horas de dedicação no laboratório sempre ao meu lado dando apoio e

também pela amizade.

Ao meu namorado Jeffrey Belsky pelo amor e compreensão.

Aos amigos Joana, Monique, Cissa e todos os alunos e funcionários do laboratório

do Professor Emmanuel.

Aline Soares a Luiz Clemense pelos empréstimos e pelos finais de semana de

trabalho duro no laboratório.

Ao Prof. Emmanuel, por ceder reagentes e manter as dependências do laboratório

sempre à disposição.

A grande amiga Olga Gomes pelo apoio e dedicação e por ser minha fiel escudeira

nas horas em que mais preciso.

Um agradecimento especial a todos da minha turma, pelos churrascos no

quadradinho, pelos estudos na biblioteca e pela união. Sentirei saudades! Nafisa,

Rafa, Camilinha, Maria, Logato, Marcelão obrigada pelos almoços no bandex foram

sempre divertidíssimos!

Ao grande Nivaldo, que sempre “salva” na hora do desespero, que esperava pelos

atrasos no dia da matrícula e outras coisas mais.

Ao Amigo e Pesquisador David Villas Bôas da Embrapa Solos por estar sempre

pronto a colaborar.

A Capes pelo suporte financeiro.

RESUMO

O aquecimento global provocado por gases como CO2, N2O e o CH4

resultantes de atividades agrícolas e por solos alagados tem motivado inúmeros

estudos em diversos países, procurando quantificar a contribuição de diferentes

sistemas na emissão desses gases. Os objetivos desse estudo foram elucidar o

mecanismo de produção do gás do efeito estufa, óxido nitroso (N2O) em uma área

de floresta secundária baixa localizada em Manguariba - Rio de Janeiro e determinar

se estas emissões ocorrem acompanhadas por processos de nitrificação ou

desnitrificação. Para que isso fosse possível, foram realizadas quatro campanhas de

amostragens seguidas de experimentos de incubação do solo em laboratório e

análises químicas deste solo antes e após as incubações. Medidas de variação de

pressão em câmaras sob condições controladas de temperatura foram realizadas

empregando-se um manômetro tubo em “U” em quatro experimentos e um

barômetro/sensor/datalogger em outros dois experimentos. As concentrações de

N2O, bem como as de CH4 no solo, foram determinadas antes e após as incubações

por cromatografia gasosa. Na primeira campanha de amostragem foram coletadas

também amostras de água em um curso de água que pode ser uma fonte de

nitrogênio para este solo, pois em época de chuvas a água poluída com esgoto

doméstico, deste riacho chega até os pontos de amostragem. Foram determinadas

as concentrações de amônio e nitrato em amostras do solo, antes e após

incubações, e na água do riacho. Através dos dados gerados pelas análises

químicas determinamos as taxas líquidas de nitrificação, mineralização/assimilação

ocorridas durante o período de incubação do solo e correlacionamos essas taxas

com a produção de óxido nitroso. A nitrificação a uma taxa constante se mostrou

dominante no experimento onde houve a maior produção de N2O. Nos demais

experimentos a nitrificação permaneceu dominante, porém seguida por

desnitrificação em outros dois experimentos, nos quais a produção do gás foi muito

pequena e até mesmo nula, indicando a redução do óxido nitroso a N2. A

desnitrificação ocorreu de forma dominante em apenas um dos experimentos e

possivelmente foi seguida por nitrificação, pois houve uma pequena produção de

N2O durante esta incubação.

O experimento com o barômetro/sensor/datalogger foi realizado a fim de confirmar

qual seria o processo dominante ao longo destas incubações. Com este sensor

observamos nitrificação dominante com produção de óxido nitroso. Comparando-se

as taxas de variação de pressão realizadas através do medidor tubo “U” com as

taxas de variação do barômetro/sensor/datalogger chega-se à conclusão de que o

uso do último levou a maior precisão e confiabilidade e, portanto que futuros

experimentos devem ser realizados com sensor datalogger.

Não foram observadas correlações entre fluxos de emissão de N2O pelo solo medido

em situ e os fluxos gerados durante as incubações. Observamos também que a

água do afluente do Rio Guandu analisada apresentou altas concentrações de

nitrato e amônia e pode ser considerada como fonte de N inorgânico para este solo.

Palavras-chave: Óxido Nitroso. Gases do efeito estufa. Solo.

ABSTRACT

The global warming caused by greenhouse gases like CO2, CH4 and N2O

resulting from agricultural activities and flooded soils has motivated numerous

studies in many countries, seeking to quantify the contribution of different systems on

greenhouse gas emissions. The objectives of this study were to elucidate the

mechanism of production of greenhouse gas, nitrous oxide (N2O) in a secondary

forest area located in downtown Manguariba (Rio de Janeiro) and determines if these

emissions occur accompanied by processes of nitrification and denitrification. To

make this possible, there were four sampling campaigns followed by incubation

experiments of soil in the laboratory and chemical analyses of soil before and after

incubations. Measures of barometric pressure variation in PVC chambers under

controlled temperature were carried out using a variation of a pressure gauge

manometer tube into "U" for four incubation experiments and a sensor which

measures the pressure variation barometer / sensor / datalogger (Baro Diver) during

the third and fourth experiments. N2O concentrations were determined by gas

chromatography. In the first year of sampling, samples of water were taken from a

tributary of the Rio Guandu, which can be a source of sewage pollution for this soil,

because in the rainy season the water in this tributary reaches the sampling points.

Chemical analysis was performed for determination of NH4+ and for analysis of nitrate

ions. Data generated by the chemical analysis determined the rate of net nitrification,

mineralization / assimilation which occurred during the incubation periods and

correlated these rates with the production of nitrous oxide. Nitrification at a constant

rate proved to be dominant in the experiment where there was a greater production

of N2O. In other experiments, however, nitrification remained dominant followed by

denitrification in two other experiments, in which gas production was very small and

even zero, indicating the reduction of nitrous oxide to N2. Denitrification was very

dominant in only one experiment and was followed by nitrification possibly because

there was a small N2O production during this incubation. The experiment with the

barometer / sensor / datalogger (Baro Diver) was carried out to confirm what would

be the dominant process along these incubations. With this sensor we observed

nitrification-dominant production of nitrous oxide. There were no correlations between

the flow of N2O emitting in situ and flow generated during the incubation periods. We

also observed that the effluent water from the Rio Guandu sample showed high

concentrations of nitrate and ammonia and can be considered as a source of

inorganic N to this soil.

Keywords: Nitrous oxide. Greenhouse gases. Soil.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 : Ciclo do Nitrogênio no solo 21

Figura 2: Localização da área de estudo 28

Figura 3: Águas do afluente do Rio Guandu 29

Figura 4: Câmara estática circular 31

Figura 5: Seringas de polipropileno para coleta e transporte

das amostras de gás 32

Figura 6: Amostra de gás sendo retirada da câmara estática 32

Figura 7: Amostragem do solo indeformado 33

Figura 8: Amostra de solo retirada do anel de aço 35

Figura 9: Amostra de solo sendo pesada 35

Figura 10: Filtração das amostras de solo 36

Figura 11: Câmaras de incubação 37

Figura 12: Esquema de incubação com manômetro 37

Figura 13: Barômetro /sensor /datalogger 38

Figura 14: Barômetro/sensor/datalogger sendo colocado na

câmara 39

Figura 15: Foto do experimento de incubação 39

Figura 16: Esquema de destilação simples 46

Figura 17: Amostragem de água do Rio Guandu em

Manguariba, RJ. 48

Figura 18: Geração e consumo de gás, experimento 1. 54



Figura 21: Experimento 3 realizado com

barômetro/sensor/datalogger 62

Figura 22: Consumo e produção de gás, experimento 4. 65

Figura 23: Experimento 4 realizado com sensor barômetro

Figura 24: Média dos fluxos de emissão de N2O pelo solo

67

Figura 25: Taxa de geração de N2O durante as incubações 68

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 : Gases do Efeito estufa 17

Tabela 2: Descrição da área de estudo 30

Tabela 3: Descrição das propriedades físicas do Organossolo 30

Tabela 4: Número total de amostras coletadas e destinadas

as determinações químicas e ao experimento de incubação 34

Tabela 5: Medidas da mudança de pressão dentro da câmara 45

Tabela 6: Densidade do solo e umidade gravimétrica 49

Tabela 7: Porosidade, umidade volumétrica e facão de

saturação com água 50

Tabela 8: Peso do solo e volume de gás na câmara de

incubação 51

Tabela 9: Concentração de NO3- e NH4+, experimento 1. 52

Tabela 10: Média das concentrações de NO3- e NH4+,

experimento 1. 53

Tabela 11: Taxa líquida de nitrificação, mineralização,

produção de N2O e umidade, experimento1. 54



experimento 2 56


produção de N2O e umidade, experimento 2. 57



experimento 3. 60


produção de N2O e umidade, experimento 3. 60



experimento 4. 64


experimento 4. 64

Tabela 21: Resultados das amostras de água do curso

d’água 68

Tabela 22: Resumo dos dados das incubações 70

LISTA DE ABREVIAÇÕES

N2O Óxido Nitroso

CH4 Metano

NO3- Nitrato

CO2 Dióxido de carbono

NO2 Dióxido de nitrogênio

NH3 Amônia

NH4+ Amônio

[NO3-] Concentração de nitrato

[NH4+] Concentração de amônia

KCl Cloreto de Potássio

KMnO4 Permanganato de Potássio

HCl Ácido clorídrico

DP Desvio Padrão

ECD Detector de captura de elétron

Exp. Experimento

FID Detector de ionização de chama

[NO3-]i Concentração de nitrato inicial

[NH4+]i Concentração de amônia inicial

[NO3-]f Concentração de nitrato final

[NH4+]f Concentração de amônia final

FBN Fixação Biológica de Nitrogênio

n.o número de oxidação

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO 16

1.1 O EFEITO ESTUFA 17

1.2 OS GASES E A AGRICULTURA 18

1.3 A CONTRIBUIÇÃO DO BRASIL PARA O

AQUECIMENTO GLOBAL 19

ATRAVÉS DAS EMISSÕES DE CO2

1.4 A CONTRIBUÇÃO DO CH4 PARA O AQUECIMENTO

GLOBAL 19

1.5 A CONTRIBUIÇÃO DO N2O PARA O AQUECIMENTO

GLOBAL

1.5.1 Ciclo do Nitrogênio 19

2 OBJETIVO GERAL 25

3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 26

4 ÁREA DE ESTUDO 27

4.1 Descrição da área de estudo 30

5 MATERIAIS E MÉTODOS 31

5.1 Amostragens e atividades no laboratório 31

5.1.1 Os fluxos naturais de emissão dos GEE pelo solo 31

5.1.2 As amostras de solo 33

5.1.2.1 Experimento de incubação 36

5.1.2.2 Medidas usadas para determinar os parâmetros do 40

processos de nitrificação e desnitrificação do experimento de

incubação

5.1.2.3 O balanço de gases 42

5.1.2.4 Análise de nutrientes inorgânicos do solo 45

5.2 COLETA DA ÁGUA DO AFLUENTE DO RIO GUANDU 48

6 RESULTADOS E DISCUSSÃO 49

6.1 Parâmetros de solo 49

6.2 Resultados das incubações 51

6.2.1 Experimento 1 51



6.2.4 Experimento 3 Incubação com barômetro/sensor

datalogger 62


6.3 EMISSÃO N2O NCUBAÇÃO X EMISSÃO N2O NO

CAMPO 67

6.4 RESULTADO DA ANÁLISE DA ÁGUA DO CURSO

D'ÁGUA 68

7 RESUMO DOS RESULTADOS 71

8 CONCLUSÃO 74

9 ANEXO 75

1 INTRODUÇÃO

O aumento que vem acontecendo na concentração de N2O na atmosfera é

difícil explicar em termos de fatores antropogênicos, pois as estatísticas

apresentadas nos principais balanços globais do gás não apontam estas avaliações.

Este aumento pode ser atribuído a emissões por solos cultivados, devido ao

crescente uso de fertilizantes nitrogenados (IPCC, 2001; MOSIER et al., 1998;

KROEZE et al., 1999). Contudo, o solo de florestas úmidas tropicais (naturais)

continua sendo considerado como uma das maiores fontes mundiais deste gás na

atmosfera (IPCC, 2001), sem adequada diferenciação destas florestas. O IPCC

somente considera o balanço mundial de N2O fechado, pelo apelo às incertezas nas

estimativas dos fluxos de emissões dos vários ambientes. Isto faz com que estudos

sobre as fontes e os mecanismos de produção deste gás sejam necessários.

O estudo das vias de produção de óxido nitroso pode ser realizado através do

uso da técnica de marcação isotópica com o traçador 15N que é um método

sofisticado de quantificação de nitrogênio, pois um solo fertilizado com adubo

marcado em 15N apresenta condições de rastreamento do nitrogênio marcado

inferindo-se no total utilizado pela planta, e o presente no solo após o ciclo do N.

(BOLOGNA et al., 2006).

Porém esta é uma técnica dispendiosa que exige espectrometria de massa.

Sendo assim, é necessário fazer estudos de uma técnica para elucidar as vias de

produção do gás de efeito estufa óxido nitroso, que seja eficiente e menos

dispendiosa.

17

1.1 O EFEITO ESTUFA

Os principais gases responsáveis pelo efeito estufa natural são: CO2, CH4,

N2O e vapor de água. Esses gases também são chamados de GEES (gases do

efeito estufa) retêm a radiação infravermelha que é emitida da superfície para a

atmosfera da Terra, mantendo assim o calor aprisionado provocando o aquecimento

do ar. Fontes antropogênicas aumentam a concentração desses gases que já eram

emitidos por fontes naturais, e ainda acrescentam novos gases no cenário dos gases

estufa, tais como os clorofluorcarbonos (CFCs).

De acordo com Cotton & Pielke (1995) um aumento da temperatura global

elevaria o nível das águas do mar, modificaria a precipitação e outras condições

climáticas locais.

Antes da era industrial, a concentração de gases de efeito estufa atmosférica

permaneceu relativamente constante. Desde então, a concentração destes gases

aumentaram muito direta ou indiretamente devido a fontes de atividades humanas

(IPCC, 2001).

A tabela 1 apresenta exemplos de alguns gases de efeito estufa e resume

suas concentrações da era pré industrial a 1998, sua alteração durante a década de

1990 e seus respectivos tempo de vida na atmosfera.

Tabela 1 Gases de efeito estufa

Concentração Pré Industrial

Concentração em 1998

Mudanças na taxa de

concentraçãob

Tempo de vida na

atmosfera CO2 aproximadamente

280 ppm 365 ppm 1,5 ppm/ ano 5 a 200

anos c

CH4

aproximadamente 700 ppb

1745 ppb 7,0 ppb/anoa 12 anos d

N2O aproximadamente 270 ppb

314 ppb 0,8 ppb/ano 114anos d

Fonte IPCC 2001 a Taxa tem flutuado entre 0,9 ppm/ano e 2,8 ppm/ano para CO2 e entre 0 e 13 ppb / ano para CH4 no período de 1990 a 1999.

bTaxa calculada para o período de 1990 - 1999.c não só o tempo de vida útil.d Este tempo de vida tem sido definido como um tempo de ajuste que leva em consideração o efeito indireto do gás no seu tempo de residência própria. (Obs.: ppm=parte por milhão, ppb=parte por bilhão).

18

A concentração de CO2 na atmosfera aumentou de 280 ppm em 1750 para

367 ppm em 1999 (31%) (IPCC, 2001). Como pode ser visto, o principal GEE é o

CO2. No Brasil, as emissões cresceram nos últimos 40 anos, porém é preciso

salientar que os países desenvolvidos são os que mais contribuem para o aumento

na concentração de gases estufa na atmosfera (ROCHA, 2003).

A concentração atmosférica de CH4 aumentou em cerca de 150% (1.060 ppb)

desde 1750 (IPCC, 2001). A massa troposférica de CH4 é estimada em 4700

teragramas (SASS, 1999) e a emissão anual oriunda de solos naturalmente

inundados e de lavouras de arroz é estimada em 145 Tg ano-1, a qual tem

aumentado a uma taxa de 1% ao ano (CAO et al., 1998).

A concentração atmosférica de óxido nitroso aumentou constantemente

durante a era industrial. De acordo com Krupa (1997) sua concentração atmosférica

é cerca de 10% maior que na era pré industrial e segundo IPCC (2001) é de 16%

(46ppb) maior do que em 1750 em virtude das causas antropogênicas.

Embora a concentração de N2O seja pequena em relação aos outros gases,

ele contribui com cerca de 6% do efeito estufa. O aumento da concentração de óxido

nitroso na atmosfera se deve ao uso de fertilizantes nitrogenados na agricultura,

conversão de áreas de floresta para agricultura, etc. (ROBERTSON; GRACE, 2004).

1.2 OS GASES E A AGRICULTURA A previsão do crescimento populacional de 5,7 bilhões em 1995 para 8,3

bilhões em 2025 é no mínimo, assustador e alarmante. É urgente pensar em

aumentar a produção agrícola sem danificar o meio ambiente, sem o uso de energia

não renovável para produção de nitrogênio combinado sintético e contaminação

ambiental com nitratos (NO3-), nitritos (NO2

-) e amônia (NH3) que crescem em

proporções preocupantes (TOKESHI, 2008).

19

Comunicações nacionais recentes sobre GEE principalmente CO2, N2O e CH4

indicam que em geral os GEE’s emitidos nos trópicos são principalmente

relacionados aos desmatamentos e intensificação da agricultura, enquanto que em

regiões temperadas os GEE’s são provenientes da queima de combustíveis fósseis

nos transportes e setores industriais (UNFCCC, 2006). A queima de combustíveis

fósseis e a produção de cimento são globalmente responsáveis por 66% do total de

GEE emitidos para a atmosfera (basicamente CO2). A agricultura representa 20% e

as mudanças no uso da terra 14% completando o total de emissões antropogênicas

(IPCC, 2001).

1.3 A CONTRIBUIÇÃO DO BRASIL PARA O AQUECIMENTO GLOBAL ATRAVÉS DA EMISSÃO DE CO2

No Brasil, as práticas agrícolas e as mudanças do uso da terra devido ao

desmatamento, são as principais fontes de emissão dos GEE. Aproximadamente

75% do CO2 que o Brasil emite para a atmosfera são derivados de práticas agrícolas

e do desmatamento. Apenas 25% são derivados da queima de combustíveis fósseis.

O Brasil está situado em 17º lugar na classificação mundial dos países emissores de

GEE, se não levarmos em consideração o desmatamento. No entanto, nos

colocamos em 5º lugar na classificação ao considerarmos essa atividade humana

(CERRI, 2007).

1.4 A CONTRIBUIÇÃO DO CH4 PARA O AQUECIMENTO GLOBAL

Presume-se que o aumento do nível de metano atmosférico seja

conseqüência de atividades humanas, devido ao aumento na produção de alimento,

utilização de combustíveis fósseis, desmatamento de áreas de floresta e também

devido a fontes naturais como no caso do metano produzido biologicamente na

decomposição anaeróbia de material vegetal.

20

As zonas úmidas são a maior fonte natural deste gás, também conhecido

como gás de pântano. Animais ruminantes incluindo bovino, ovinos e certos animais

selvagens produzem grandes quantidades de metano como subproduto da digestão

da celulose. A decomposição anaeróbia (ou seja, aquela que ocorre em condições

deficientes de oxigênio) da matéria orgânica do lixo em aterros é outra importante

fonte de metano. (BAIRD, 2002).

1.5 A CONTRIBUIÇÃO DO N2O PARA O AQUECIMENTO GLOBAL

Estima-se que as emissões antrópicas globais de N2O sejam de 3,7 a 7,7 Tg

N ano-1, com uma média provável estimada em 5,7 Tg N ano-1 (IPCC, 1995).

Utilizando dados da FAO (Organização das Nações Unidas para Agricultura e

Alimentação) e a metodologia do IPCC, as emissões diretas de N2O a partir de solos

agrícolas são estimadas em 2,5 Tg N, as emissões diretas de animais de pastoreio

em 1,6 Tg de N, e as emissões indiretas resultantes de nitrogênio de origem agrícola

na atmosfera e sistemas aquáticos em 1,9 Tg N-N2O. (IPCC, 1996).

Independentemente da fonte, acredita-se que a maioria do N2O é gerado por

processos bioquímicos.

1.5.1 Ciclo do nitrogênio O ciclo do nitrogênio é um complexo ciclo biogeoquímico em que o nitrogênio

é convertido a partir de sua forma na atmosfera inerte molecular (N2) em uma forma

que é útil em processos biológicos.

As formas do nitrogênio nos ecossistemas podem apresentar números de

oxidação entre +5 e -3 (NH4+ => n.o.(N) = -3, N2O => n.o. (N) = +1, NO => n.o. (N) =

+2, NO2 => n.o. (N) = +4, NO3- => n.o. (N) = +5). O N2 entra no ecossitema por

deposições seca e úmida, a queda de “litter” e sua decomposição e taxas de

mineralização são reguladores importantes no ciclo do nitrogênio em florestas

(MONK; DAY, 1985). É perdido como NOx, N2 e N2O ou seja produtos gasosos, ou

formas dissolvidas de N como nitrato, amônio e compostos orgânicos, os quais são

lixiviados do perfil do solo (QUALLS; HAINESS, 1991).

21

A dinâmica do nitrogênio (N) no solo envolve processos de natureza física,

química e biológica, que determinarão se o N permanecerá adsorvido na camada

agricultável do solo, se será absorvido pelas plantas, lixiviado ou se será volatilizado

(NH4, N2O, N2) (FELIZARDO et al., 2008).

A figura 1 mostra as transformações sofridas pelo nitrogênio no solo.

Figura 1 Ciclo do Nitrogênio

O N disponível para as plantas depende da quantidade de MOS no solo

(AMADO et al., 2001), da característica dos resíduos vegetais (TRINSOUTROT

et al., 2000), do manejo adotado (KRISTENSEN et al., 2003), do tipo de solo

(THOMSEN et al., 2000), da umidade, da aeração e da temperatura do solo

(SIERRA; MARBÁN, 2000) sendo assim a concentração de N assim como a

composição bioquímica dos resíduos culturais são fatores determinantes para a

mineralização ou imobilização do elemento no solo (GLASENER et al., 2002;

MARQUEZ et al., 2000; MARY et al., 1996).

22

Pode se observar na figura 1 que NH3/NH4+ é produzida pela decomposição

da matéria orgânica do solo (MOS) e é consumida pela assimilação através dos

microorganismos existentes no solo. Através da nitrificação (nitratação) o nutriente

inorgânico NH3/NH4+ pode ser oxidado a NO2

- pelas nitrossomonas e a NO3- pelas

nitrobacter. O processo de redução de nitrato a nitrito, passando por óxido nitroso

até sua forma mais reduzida a N2 é chamado de desnitrificação.

A formação do óxido nitroso em solos de florestas tropicais tem um papel

importante dentro do ciclo biogeoquímico do nitrogênio e representa a maior fonte de

emissão natural do gás. Sua produção é controlada biologicamente e depende

diretamente da presença de NO3- e NH4

+ no solo. Ver ciclo (figura 1).

Os principais processos biológicos de transformação do nitrogênio são:

• Fixação Biológica do Nitrogênio (FBN): Constitui o principal processo que

abastece a biosfera de maneira contínua com novas quantidades de

compostos nitrogenados, é um processo realizado por bactérias e

cianobactérias que vivem simbioticamente com ou dentro de espécies de

plantas, no qual há redução do nitrogênio atmosférico a NH3. As leguminosas

possuem o mecanismo simbiótico mais sofisticado e eficiente entre as

associações de plantas superiores com bactérias fixadoras de N2 e as

leguminosas de grão e forrageiras têm papel importante na agricultura tropical

(DÖBEREINER, 1990).

• A manufatura industrial de NH3 é uma forma de fixação artificial de nitrogênio

atmosférico, grande parte desta NH3 destina-se à produção de fertilizantes

agrícolas, sendo diretamente responsável por pelo menos uma parte da

emissão de N2O pela agricultura.

• Assimilação ou Imobilização: A assimilação consiste na absorção do nitrogênio

inorgânico, inicialmente na forma de íon amônio, ou nitrato em moléculas

orgânicas, geralmente complexas (BRITO 2004; ROWELL 1994). Faz parte

do metabolismo das plantas e de outros organismos do solo.

• Mineralização: A mineralização consiste na degradação da matéria orgânica sob

a ação de certas bactérias transformando o conteúdo de Norg em nitrogênio

inorgânico (NH4+ e NO3

-) (ROWELL, 1994).

23

• Nitrificação: Processo que requer condições aeróbias e está diretamente

relacionada ao suprimento de NH4+,é mediada principalmente por bactérias

autotróficas (GIACOMINI et AL., 2006).

• Desnitrificação: Ocorre em condições anaeróbias, é realizada por bactérias

heterotróficas anaeróbias facultativas, as quais dependem da disponibilidade de

carbono orgânico e de nitrato (GIACOMINI et AL., 2006). Os microorganismos

desnitrificadores utilizam o nitrogênio na forma de nitrato como aceptor final de

elétrons sob condições anaeróbias (STOUTHAMER et al., 1980; TIEDJE, 1988).

Ambos os processos podem ocorrer simultaneamente no solo, haja vista que

no interior dos agregados podem desenvolver-se micro sítios de aerobiose e

anaerobiose (GIACOMINI et al., 2006).

As reações de nitrificação consistem na oxidação do íon amônio em nitrito e,

subseqüentemente a nitrato e estão descritas abaixo:

NH4

+ + 3/2 O2 NO2- + H2O + 2H

+ ∆H=-59 Kcal.mol-1 (Equação1)

NO2- + 1/2 O2 NO3

- ∆H= -18 Kcal.mol-1 (Equação2)

As principais bactérias responsáveis pela reação (Equação1) são as

Nitrossomonas e pela reação (Equação2) as Nitrobacter (BRITO, 2004). A

nitrificação é um processo aeróbio e pode ter como subproduto a formação de N2O.

A reação de desnitrificação consiste na redução do nitrato para N2.

2NO3

- + 12H+ + 10e- � N2 + 6H2O (Equação 3)

Este processo também ocorre em condições de baixas concentrações

de oxigênio, mas podem também ocorrer em ambientes aeróbios desde que esses

ambientes contenham micro-sitios anóxicos. A disponibilidade de O2 no solo é um

dos principais fatores que regulam a nitrificação, desnitrificação e liberação de N2O

(KHALIL et al., 2004 ).

24

A sequência da desnitrificação é a seguinte:

NO3- NO2

- NO N2O(g) N2(g)

Nos solos os principais gêneros de bactérias que fazem desnitrificação são as

Pseudômonas e Alcaligenes. (BAIRD, 2002).

É possível que a nitrificação e a desnitrificação ocorram simultaneamente,

pois o solo não é homogêneo, podendo assim existir microagregados no solo

anóxicos no meio de aglomerados saturados com água ao lado de poros maiores

não saturados com água, permitindo o transporte de oxigênio da superfície e a

ocorrência de nitrificação.

Para uma melhor compreensão dos processos biogeoquímicos envolvidos no

ciclo do N alguns fatores como concentração de substrato e oxigênio, porosidade,

permeabilidade e outros devem ser estudados, pois o conhecimento das

concentrações dos substratos nitrato e amônio e das propriedades físicas do solo

nos permite cálcular as taxas líquidas de nitrificação e mineralização.

Os solos são constituídos por uma mistura de partículas sólidas de natureza

mineral e orgânica, ar e água, formando um sistema trifásico, sólido, gasoso e

líquido. O espaço do solo não ocupado por sólidos e ocupado pela água e ar

compõem o espaço poroso, definido como sendo a proporção entre o volume de

poros e o volume total de um solo. No volume do solo é incluído o volume de sólidos

e o de poros do solo, que é de importância direta para o crescimento de raízes e

movimento de ar, água e solutos no solo.

A porosidade depende do tipo do solo, os macroporos permitem a drenagem

da água por percolação e o movimento livre do ar enquanto os microporos retêm

água tendo seu movimento dificultado.

A permeabilidade controla a percolação da água através do solo e junto com

a umidade ou grau de saturação de água do solo controla também a difusão dos

gases no solo e a disponibilidade de oxigênio. O grau de saturação está relacionado

com a umidade, pois corresponde aos poros do solo que estão preenchidos com

água.

O grau de saturação do solo com água causa grande influência nas emissões de N2O (ALVES et al., 2006).

2 OBJETIVO GERAL

O objetivo geral deste trabalho é identificar os mecanismos de produção

do óxido nitroso (N2O) em organossolos. Visto a dificuldade de separar os

efeitos dos vários fatores que poderão afetar a produção do N2O em solos

em situ, este estudo foi realizado por incubações desse solo sob condições

controladas de temperatura, com medida da produção de N2O, produção e

consumo do CH4, variações nas concentrações de espécies minerais de

nitrogênio (NH4+ e NO3

-) e balanço barométrico de produção/consumo de

gases. Este conjunto de medidas providencia estimativas quantitativas de

nitrificação ou desnitrificação bruta, simultaneamente com a medida de

produção de óxido nitroso.

3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Para alcançar o objetivo geral foram traçados os seguintes objetivos específicos:

• Determinar em solos que conhecidamente emitem altos fluxos de N2O se isto

ocorre acompanhado por processo de nitrificação ou de desnitrificação.

• Identificar quais são os mecanismos que controlam as emissões de óxido

nitroso realizando experimentos de incubação acompanhados de medidas de

variação barométrica, e assim através destas medidas distinguir qual o

processo que contribui com o maior fluxo de N2O do solo para atmosfera.

• Avaliar se os maiores fluxos de N2O emitidos do solo para atmosfera ocorrem

durante os menores intervalos em que o solo se mantém incubado e verificar

se durante longos experimentos de incubação o óxido nitroso se mantém ou é

reduzido a N2 por desnitrificação.

4 ÁREA DE ESTUDO

A área de estudos está localizada na comunidade de Manguariba, em Santa

Cruz (RJ) nas proximidades da Avenida Brasil e fábrica da AMBEV entre as

coordenadas Sul 22°52’07,1” Oeste 43°37’28,4”, é um a área sujeita a alagamento

por estar adjacente a um afluente do Rio Guandu e apresentar um nível freático

raso.

O solo é classificado, segundo a Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária

(EMBRAPA), como um Organossolo de Baixada, compreendendo a baixada de

Sepetiba, próxima a uma área de urbanização e de baixa utilização agrícola cuja

vegetação é composta de floresta tropical perenifólia de várzea e relevo plano.

A área sedimentar da Baixada de Sepetiba estende-se pelos municípios do RJ,

Itaguaí e parte de Seropédica, em plena região Metropolitana, contém pequenas

áreas descontínuas de Organossolos representativos do estado do Rio de Janeiro,

desenvolvidos a partir de depósitos orgânicos acumulados em condições de má

drenagem.

28

Figura 2 Localização da área de estudos, Manguariba - Rio de Janeiro.

Nessa classe de solos são constatados os teores mais altos de carbono

orgânicos. São solos intensamente escuros, com matéria orgânica bem

decomposta, têm valores extremamente baixos de densidade do solo, 0,2

mg/m3 a 0,3 mg/m3. Os solos com baixos valores de densidade (menor que 1

Mg/m3) têm volumes de espaço poroso que constituem mais de 50% do seu

volume total. Esses solos altamente porosos permitem rápida infiltração e

percolação da água, mas também exibem adequada retenção de água, devido

ao seu alto teor de matéria orgânica acumulada ao longo de anos (FAGERIA,

2006).

O uso agrícola inadequado, a má drenagem e a urbanização

desordenada destruíram grandes áreas destes solos no estado, por falta de

uma política ambiental de preservação (SANTOS et al., 2005).

29

As áreas de coletas de solo localizam-se nas proximidades de um

afluente do Rio Guandu. Em eventuais períodos de chuva as águas deste

afluente, poluído por esgotos domésticos da comunidade, atingem o ponto de

coleta deixando toda área submersa.

A figura 3 mostra o afluente do Rio Guandu que passa nas proximidades

dos pontos de amostragem.

Figura 3 Águas do afluente do Rio Guandu.

30

4.1 DESCRIÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO

Na tabela 2 segue a descrição do organossolo da área de estudo.

Tabela 2 Descrição da área de estudo. Situação e Declive Trincheira sob mata secundária com 1 a 2%

de declive. Cronologia e Litologia

Sedimentos do Holoceno.

Material Originário

Sedimentos orgânicos e argilo-siltosos.

Pedregosidade

Não

Rochosidade

Não

Relevo Local

Plano

Relevo Regional

Plano e suave ondulado

Erosão

Nula

Drenagem

Muito mal drenado.

Vegetação

Floresta tropical perenifólia de várzea, de pequeno porte, segundo crescimento.

Uso à época

Floresta tropical perenifólia de várzea, de pequeno porte, segundo crescimento.

Dados acima referentes ao Ponto de Amostragem UTM: 23 K 0641105 e 7470417 (Boletim de Pesquisa e Desenvolvimento – Embrapa).

Tabela 3 Descrição das propriedades físicas do Organossolo.

Fonte: Boletim de Pesquisa e Desenvolvimento - Embrapa.

Horizonte Composição granulométrica da

terra fina g.kg-1solo Argila

dispersa em água g.kg-1solo

Grau de

flocu-lação (%)

Relação Silte/ Argila

Símbolo Profundidade

(cm)

Areia grossa 2-0,20 (mm)

Areia fina

0,20-0,05 (mm)

Silte 0,05-0,

002 (mm)

Argila < 0, 002 (mm)

O 5-0 59 1 367 573 425 26 0,64

H1 -20 95 1 323 581 366 37 0,56

5 MATERIAIS E MÉTODOS

5.1 AMOSTRAGENS E ATIVIDADES NO LABORATÓRIO Foram realizas quatro campanhas de amostragem no período de 17/11 a

07/12 de 2010. Em quatro ocasiões / dias diferentes, foram amostrados ar, solo e

água.

5.1.1 Os fluxos (naturais) de emissão dos GEE pelo solo

Os fluxos de gases foram medidos usando câmaras estáticas circulares, de

30 cm de diâmetro e 15 cm de altura seguindo o procedimento de Maddock e Santos

(1997), (Figura 4).

Figura 4 Câmara estática circular

32

As amostras de ar foram coletadas e transportadas em seringas de

polipropileno. Na figura 5 temos as seringas utilizadas no experimento e na figura 6

tem-se a amostra sendo retirada da câmara estática circular.

Figura 5 Seringas de polipropileno para coleta e transporte das amostras de gás.

Figura 6 Amostra de gás sendo retirada da câmara estática.

As concentrações de N2O foram determinadas por cromatografia gasosa em

cromatógrafo Shimadzu GC-17, com coluna empacotada com PORAPAK Q, detector

de captura de elétrons (ECD), e gás eluente argônio / 5% metano. As concentrações

de CH4 foram determinadas em cromatógrafo Shimatdzu GC-6A, também com

33

coluna empacotada com PORAPAK-Q, porém com gás de arraste nitrogênio 4.2

(especificação do gás) e detector FID.

As análises foram realizadas no Laboratório de Geoquímica da UFF.

5.1.2 As amostras de solo

As amostras de solo foram coletadas aleatoriamente (todas na mesma área

de estudo) em profundidades de 0 -10 cm, através de um amostrador de solo intacto

(Bravifer). Em cada dia de amostragem coletou-se um número total de amostras,

todas indeformadas (tabela 4).

A figura 7 mostra a coleta do solo indeformado sendo retirada da camada de 0 -10

cm de profundidade.

Figura 7 Amostragem do solo indeformado.

A fim de calcular a variação nas taxas de concentrações de nitrato e amônio

antes e após os experimentos de incubação um número de amostras de solo foram

diretamente destinadas as análises químicas para determinação dessas

concentrações sem passar por experimento de incubação, ou seja, nos dando as

concentrações desses nutrientes inorgânicos “antes” da incubação enquanto outra

parte das amostras foram destinadas diretamente para as câmaras de incubação.

34

Após o período de incubação sub-amostras do solo foram analisadas

quimicamente dando as concentrações dos nutrientes inorgânicos “pós” incubação.

A tabela 4 mostra no número total de amostras coletadas para cada

experimento, o número de amostras que seguiram diretamente para os tratamentos

e análises químicas sem passar pelo período de incubação e também o número de

amostras submetidas à incubação.

Tabela 4 Número total de amostras coletadas e destinadas as determinações químicas e ao experimento de incubação

Número total de amostras de solo

coletadas

Número de amostras

para determinações

químicas

Número de amostras

incubadas

Experimento 1

6

4

2

Experimento 2

6

4

2

Experimento 3

5

3

2

Experimento 4

4

2

2

Ao chegar ao laboratório as amostras destinadas as análises químicas foram

retiradas do anel de aço e colocadas em frascos de polietileno (figura 8) que

continham 50ml de KCL 2M.

35

Estes frascos contendo KCL 2M foram pesados antes e após a adição de solo

(Figura 9).

Figura 8 Amostra de solo retirada do anel de aço e sendo colocada no frasco de polietileno contendo

50 mL de KCL 2M.

Figura 9 Amostra de solo sendo pesada (Balança Bel) em frasco de polietileno contendo KCL 2M

Os frascos contendo solo foram agitados em mesa agitador orbital Mod. 109 marca Nova Ética por uma hora a 130 rpm.

A agitação é necessária para que os nutrientes inorgânicos sejam extraídos

completamente. Após a extração as amostras foram filtradas (figura 10) em filtro de

papel de filtração rápida (JP 41).

36

E em seguida foi obtido um extrato mais limpo mediante nova filtração em filtro de

filtração lenta (42 Whatman).

Figura 10 Amostras de solo sendo filtradas para determinação de nitrato e amônio.

Nestes extratos foram determinadas as concentrações de NO3- e NH4

+. As

alíquotas do filtrado destinadas à determinação de nitrato foram estocadas em

frascos de polietileno a -15°C para posterior análi se, realizadas sempre no dia

seguinte a coleta. As determinações de NH4+ foram realizadas no mesmo dia em

que as amostras foram coletadas para evitar perda por volatilização. A metodologia

da análise dos nutrientes inorgânicos do solo se encontra no item 5.1.2.4.

5.1.2.1 Experimento de incubação

Um número de amostras de solo foi submetido ao experimento de

incubação (tabela 4).

Para realização deste experimento foram construídas duas câmaras de PVC

com um septo para amostragem de gás headspace (Figura 11).

37

Figura 11 Câmara de Incubação com ligação de aço inox para o manômetro e câmara maior para incubação com Barômetro/sensor/data logger (Baro Diver). A câmara menor apresenta um conector de aço inox que se acopla a um manômetro tubo em “U”, a câmara maior armazena em seu interior o Barômetro/sensor/data logger (Baro Diver).

As amostras foram pesadas no laboratório, em seguida colocadas dentro das

câmaras headspace e submetidas a incubações. Para quantificar a taxa líquida de

nitrificação e desnitrificação no solo e identificar os processos de produção do gás

óxido nitroso utilizamos medidas volumétricas de produção e consumo de gás.

Para isso, uma câmara menor com conector de aço inox foi acoplada a um

medidor de variação de pressão manômetro tubo em “U” (figura 12).

Figura 12 O esquema mostra a medida do balanço do gás no cubo de incubação utilizando um manômetro tubo em “U” com solução de permanganato (água).

38

A variação de pressão indicada pelo manômetro tubo “U” fornece a

quantidade de gás produzido ou consumido durante uma incubação do solo.

Porém, esta variação depende também do volume de gás não ocupado por

solo e água no sistema cuba+capilar de inox (invariavelmente durante uma

incubação), e do volume entre a junção e a superfície da solução de permanganato

no manômetro (variável com a pressão indicada).

A câmara maior demonstrada na figura 11, foi utilizada somente nos

experimentos 3 e 4 e armazenava em seu interior o barômetro/sensor/datalogger

(Baro Diver). A figura 13 mostra o barômetro que foi utilizado para medir a variação

de pressão dentro da câmara estanque e respectivamente na figura 14 o sensor está

sendo colocado no interior da câmara.

Figura 13 Barômetro/sensor / datalogger sensor (Baro Diver)

39

Figura 1 Barômetro/sensor /datalogger sendo colocado no interior da câmara.

As câmaras headspace contendo as amostras de solo foram mantidas a

temperatura constante por imersão dessas câmaras em banho termostato durante o

procedimento de incubação adotado neste estudo.

A figura 15 a seguir mostra o banho termostato responsável por manter a

temperatura do solo igual à temperatura do solo no campo. No banho termostato as

câmaras foram mantidas submersas.

Figura 2 Foto do Experimento de Incubação: Banho termostato com manômetro Tubo em “U” acoplado.

40

Após o período de incubação as amostras foram retiradas do banho

termostato, em seguida foram tratadas e analisadas quimicamente para

determinação das concentrações de NO3- e NH4

+ (Pós Incubação).

As metodologias destas análises químicas encontram-se detalhadas no Anexo.

5.1.2.2 Medidas usadas para determinar os parâmetros do processo de

nitrificação e desnitrificação do experimento de incubação

Muitas tentativas de determinar qual o processo responsável para a produção

de N2O têm sido realizadas, mas estas geralmente resultaram em conclusões

ambíguas, devido às dificuldades de medir taxas brutas de nitrificação e de

desnitrificação. Portanto, medidas envolvendo incubação de amostras de solo, onde

uma amostra é analisada quimicamente antes e depois de ser mantida sob

condições controladas durante um determinado período de tempo possibilita medir

variações nas concentrações das espécies de nitrogênio (NH4+ e NO3

-), ou seja, as

taxas líquidas de nitrificação e desnitrificação.

Para se saber as taxas absolutas de nitrificação e desnitrificação, seria

necessário determinar as taxas de mineralização ou assimilação.

Essas taxas absolutas não podem ser determinadas por medidas de

variações de concentrações ou quantidades de diferentes formas de nitrogênio, pois

a quantidade de nitrogênio orgânico normalmente encontrado no solo é muito maior

que qualquer variação no mesmo, ou qualquer variação nas quantidades de

espécies de nitrogênio inorgânico.

A taxa de produção de N2 por desnitrificação poderia ser determinada por

quantificação do N2. Porém, esta abordagem sofre um problema parecido com a

anterior – A quantidade de N2 presente no gás do solo, que é basicamente ar, é

muito maior que qualquer produção do gás por desnitrificação e assim a produção

fica indetectável com precisão analítica.

41

Tentativas de resolver este problema têm sido feitas pela substituição do gás

do solo com uma mistura de oxigênio e argônio, mas, na prática é difícil garantir a

completa substituição e é necessário no processo, aplicar vácuo ao solo.

Assim, poderá haver erros devido à permanência de resíduos de N2(ar) no

solo, estresse ao biossistema, e perturbação dos possíveis efeitos da não

homogeneidade do solo que foram mencionados anteriormente.

Outra abordagem é a dosagem da amostra com NH4+, NO3- ou Norgânico

enriquecido no isótopo natural 15N, permitindo quantificar os processos de

nitrificação e desnitrificação.

Esta abordagem apresenta dois problemas:

(1) Requer espectrômetros de massa de elementos leves;

(2) Não considera o efeito dos microambientes no solo, pois é necessário

introduzir o 15N na amostra, o que somente pode ser feito por

homogeneização da mesma, através da mistura física do solo, de maneira

não determinada (não definida espacialmente), por percolação por exemplo.

Este processo de adição de 15N perturba e descaracteriza os microambientes

existentes no solo.

Basicamente, estas medidas são usadas para determinar dois parâmetros, a

taxa líquida de nitrificação (NIT=[NO3-] final da incubação - [NO3-] início da incubação = ∆NO3- )

e a taxa líquida de mineralização (MIN = ∆(NO3- + NH3)).

Dependendo da condição encontrada pode ocorrer:

• NIT > 0 indica que a taxa bruta de nitrificação > taxa de desnitrificação

(assimilação de NO3- é geralmente desprezível).

• NIT < 0 indica que a taxa de desnitrificação > taxa de nitrificação

• [NO3-]final da incubação ≈ 0 indica que não esta ocorrendo desnitrificação.

• MIN > 0 indica que esta tendo mineralização de Norgânico e

• MIN < 0 indica assimilação de N (Ninorg. � Norgânico).

42

Ainda se pode concluir, nos seguintes casos:

• NIT > 0 e MIN > 0 = Nitrificação > Desnitrificação, mas pode haver os dois

processos.

• NIT > 0 e MIN < 0 = Nitrificação está ocorrendo provavelmente sem

nenhuma desnitrificação.

• NIT < 0 e MIN > 0 = Taxa de desnitrificação > Taxa de nitrificação, mas

ainda pode estar ocorrendo nitrificação.

• NIT < 0 e MIN < 0 = Desnitrificação está ocorrendo.

As quantidades ou concentrações de amônio e nitrato são expressas em

termos de (mol/mmol/µmol N)/g solo seco.

5.1.2.3 O Balanço de gases

O balanço de gases produzidos e consumidos por processos bioquímicos no

solo apresenta uma abordagem factível à medida de nitrificação:

NH4+ + 2O2 NO3

- +H2O + 2H+ (Equação 3)

A equação (3) acima mostra que cada mol de NH4+ que é oxidado em

nitrificação requer 2 mols de O2. Pela equação 4 observa-se que cada mol de NO3-

que sofre desnitrificação produz 1/2 mol de N2 e 5/4 mols de CO2.

4NO3- + 5CH2O + 4H

+ 2N2(g) + 5CO2 + 7H2O (Equação 4).

Em contraste, a respiração de oxigênio por organismos no solo não resulta

em variação líquida de números de mols de substâncias gasosas, pois 1 mol de CO2

é produzido para cada mol de O2 consumido:

CH2O(s) + O2(g) CO2(g) + H2O(l) (Equação 5)

43

Sob condições de anoxia a biogênese do metano poderá ocorrer no solo.

CH2O(s) CH4(g) + CO2(g) (Equação 6)

Este processo produz os gases metano e dióxido de carbono, mas a

produção de metano pode ser medida por amostragem antes e depois de

incubações, e análise das amostras. Por estequiometria, a produção de CO2 por

metanogênese pode ser estimada a partir do CH4.

Assim, a incubação de uma amostra em câmara estanque, com medida do

balanço de gás total poderá servir para medir nitrificação e desnitrificação. Como se

dá nas equações 6 e 7.

∆(mols gás) = ∆O2(Eq. 3) + ∆N2(Eq. 4) + ∆CO2(Eq. 4) + 2 ∆CH4 (Eq. 6) (Equação 7)

∆O2(Eq. 3) sempre será negativo (consumo de oxigênio).

∆N2(Eq. 4) + ∆CO2(Eq. 4) sempre serão positivos (produção pela nitrificação).

Assim:

∆(mols gás) - 2 ∆CH4 (medido) < 0, a nitrificação predomina.

∆(mols gás) - 2 ∆CH4 (medido) > 0, a desnitrificação predomina.

Não é possível quantificar (as taxas de nitrificação e desnitrificação

simultaneamente), a não ser presumir que somente um processo acontece.

Nitrificação: ∆(mols gás) - 2 ∆CH4 (Eq. 6, medido) = ∆O2(Eq. 3)

Desnitrificação: ∆(mols gás) - 2 ∆CH4 (Eq. 6, medido) = ∆N2(Eq. 4) + ∆CO2.

∆(mols gás) - 2 ∆CH4 (Eq. 6, medido) = 13/8 ∆N2(Eq. 4).

Para medir ∆(mols gás), idealmente a variação da pressão será à medida de

um volume de gás constante, à temperatura constante.

44

O volume de gás na câmara pode ser estimado de duas maneiras:

(1) Pesar o solo introduzido na câmara estanque da incubação, calcular o seu

conteúdo de umidade (água) e a sua densidade, bem como o volume total da

câmara. Determinar o volume do solo e obter o volume ocupado pela fase gasosa na

câmara; e

(2) Injetar uma quantidade conhecida de gás na câmara (aproximadamente 5

ml) e medir o aumento da pressão.

Os cálculos do volume de gás ocupado no sistema estão demonstrados no

anexo e foram realizados através de planilhas no Excel.

Para levar em conta esses dois volumes é necessário:

• Determinar o volume do sistema por injeção de um volume conhecido de

nitrogênio no sistema, através do septo.

• Saber o diâmetro interno do tubo de vidro.

Os cálculos dos volumes estão demonstrados no anexo 1.

A tabela 5 mostra o número de medidas da mudança da pressão dentro da

câmara de incubação variou em cada experimento, assim como o tempo em que o

solo foi mantido incubado.

45

Tabela 5 Número de medidas da mudança da pressão dentro da câmara de

incubação variou em cada experimento, assim como o tempo em que o solo foi

mantido incubado.

Experimento

Tempo em que o solo foi

mantido incubado

Número de medidas da

variação da pressão dentro

da câmara

Exp 1 45,3 horas 3

Exp 2 49,5 horas 5

Exp 3 72,5 horas 11

Exp 4 73,5 horas 9

5.1.2.4 Análises de nutrientes inorgânicos do solo As determinações das concentrações de NO3

- e NH4+ foram realizadas para

as amostras que não foram submetidas ao experimento de incubação. As médias

foram usadas como as concentrações iniciais dos nutrientes ([NO3-]i e [NH4+]i).

Essas determinações químicas também foram realizadas também para as

amostras que foram submetidas à incubação e as médias destas análises tidas

como as concentrações finais “pós” ([NO3-]f e [NH4+]f) incubação destas amostras de

solo.

Os processos analíticos seguem a metodologia colorimétrica baseada na

reação de Bertholet (método do Indofenol) para determinação de NH4+ e o método

colorimétrico descrito por Bremner e Keeney segundo Grasshoff et al. (1983) para

análise do íon nitrato.

46

Foi necessário muito cuidado no preparo dos reagentes, e na descontaminação da

vidraria para evitar a contaminação com amônia do ar do laboratório e do ambiente

de trabalho em geral.

A água utilizada era recém destilada para evitar contaminação pelo ar,

principalmente na análise do íon amônio e a vidraria foi mantida por três dias em

banho de HCl 2M para total descontaminação. Contaminações na água pelo ar

foram observadas nos testes feitos com água destilada e Milli-Q coletadas horas

antes das análises. Para minimizar esta interferência foi montado no laboratório um

sistema simples de destilação a partir de uma solução de ácido sulfúrico diluído,

preparado com água Milli-Q, com intuito de reter qualquer amônia, e a água obtida

foi utilizada para preparo dos reagentes e padrões. A figura 16 representa o

esquema de destilação simples utilizado no laboratório.

Figura 3 Esquema de destilação simples Fonte: http://www.qmc.ufsc.br/qmc5230/aula02/destsimples.html

47

Análise de NH4+

O método utilizado baseia-se na formação do composto azul intenso de

indofenol, resultante da redução do íon amônio com compostos fenólicos na

presença de um agente oxidante hipoclorito (neste caso Trione, ácido

dicloroisocianúrico – dicloro-s-triazina-2.4.6 (1H, 3H, 5H)).

Análise de NO3-

Neste método colorimétrico o nitrato é reduzido a nitrito em meio redutor

constituído de grânulos de cádmio ativados por deposição de cobre.

NO3- + Cd(s) + 2H- NO2

- + Cd 2- + H2O

O método é baseado na redução quantitativa do NO3- a NO2

- e na reação de

Griesss/llosvay, onde o nitrito reage com a sulfanilamida em meio ácido (pH < 2)

para formar um complexo diazóico demonstrado na equação a seguir:

NH2SO2C6H4-NH2 + NO2- + 2H+ 2H2O +(NH2SO2C6H4-N≡N)+

Em seguida o complexo reage com N-nafitiletilenodiamino dando uma

coloração rosa.

2H2O +(NH2SO2C6H4-N≡N)+ + C10H7-NH-(CH2)2-NH2

2H+ + NH2SO2C6H4-N=N-C10H6-NH-(CH2)2-NH2

Os procedimentos analíticos das análises dos nutrientes inorgânicos estão

detalhados no anexo.

48

5.2 COLETA DA ÁGUA DO AFLUENTE DO RIO GUANDU

As amostragens de águas (figura 17) foram realizadas na superfície e no

fundo do corpo d’água. Esta água de enchente alcança a área de estudos em época

de chuva e mantêm os pontos de amostragem de fluxo de gás (interface

solo/atmosfera) e de solo submersos.

Figura 4 Amostragem de água do rio Guandu-mirim em Manguariba (RJ)

As amostras de água foram armazenadas e transportadas em garrafas de

polietileno de 1L e levadas ao laboratório, filtradas e em seguida foram determinadas

as concentrações de NH4+ (no mesmo dia da amostragem).

Alíquotas dessas amostras foram armazenadas em frascos de polietileno a

15°C para posterior determinação de NO 3-. As determinações de NO3

- nas amostras

de água assim como nas amostras de solo foram realizadas sempre no dia seguinte

ao processo de amostragem.

A determinação da concentração de NO3- e NH4

+ nas amostras de água foi

realizada somente no experimento 1, nos demais experimentos estas análises não

se fez necessária.

Os procedimentos analíticos das análises dos nutrientes inorgânicos na água

foram os mesmos procedimentos adotados para as análises de solo e estão

detalhados no Anexo (10.2 e 10.3).

6 RESULTADOS E DISCUSSÃO

6.1 PARÂMETROS DO SOLO A densidade do solo e a umidade gravimétrica do solo foram determinadas em cada

experimento realizado e estão apresentados na tabela 6.

Tabela 6 Densidade do solo e umidade gravimétrica Amostragem Identificação

da Amostra

Umidade

gH2O/gsolo

ρ do solo

g/cm3

Exp 1 Amostra A 0,51 0,84

Exp 1 Amostra B 0,54 0,67

Exp 2 Amostra C 0,51 0,61

Exp 2 Amostra D 0,49 0,69

Exp 3 Amostra E 0,63 0,56

Exp 3 Amostra F 0,46 0,74

Exp 4 Amostra G 0,51 0,61

Exp 4 Amostra H 0,45 0,82

A porosidade, a umidade volumétrica e a fração de saturação com H2O do

solo de Manguariba foram determinados em todos os experimentos realizados e

estão demonstrados na tabela 7.

50

Tabela 7 Porosidade, umidade volumétrica e fração de saturação com H2O Amostragem Identificação

da Amostra

Peso

do Solo

úmido

no Anel

Porosidade Umidade

Volumétrica

ml/ml solo

Umidade

(%)

Exp 1 Amostra A 42,0 0,58 0,43 0,74

Exp 1 Amostra B 33,5 0,66 0,36 0,54

Exp 2 Amostra C 30,5 0,69 0,31 0,45

Exp 2 Amostra D 34,5 0,65 0,34 0,52

Exp 3 Amostra E 28,0 0,72 0,35 0,49

Exp 3 Amostra F 37,0 0,63 0,34 0,54

Exp 4 Amostra G 30,5 0,69 0,31 0,45

Exp 4 Amostra H 41,0 0,59 0,37 0,63

O peso do solo foi sempre determinado antes e após cada experimento

de incubação, esses dados nos permitem a realização dos cálculos para

determinação do volume de gás na câmara de incubação, ou seja, o volume de

ar existente na câmara e intra agregados do solo. Os dados de peso e volume

de gás no interior da câmara de incubação estão descritos na tabela 8.

51

Tabela 8 Peso do solo e volume de gás na câmara de incubação Identificação

da Amostra

Estimativa

Peso Seco

(g)

Estimativa

Vol.

Umidade

(cm3)

Estimativa

Vol. Gás

no Anel

(cm3)

Vol.Estimado

do gás no

sistema de

incubação

(cm3) Exp 1(amostra

A e B)

75,5

39,5

23

38

Exp 2(amostra

C e D)

65

32,5

35

33

Exp 3(amostra

E e F)

65

34,5

33

33

Exp 4(amostra

G e H)

71,5

34

30

36

6.2 RESULTADOS DAS INCUBAÇÕES

6.2.1 Experimento 1

Durante o experimento 1 o solo foi mantido incubado por 45,3 horas, a

tabela 9 mostra os resultados das análises químicas que foram realizadas

antes e após período de incubação do solo.

52

Tabela 9 Concentração de NH4+ e NO3

- nas amostras do solo antes e após a incubação, experimento 1

Amostras

[NH4+] µmol/gsolo

seco

[NO3-] µmol/gsolo seco

1 Solo Antes Inc 0, 642 0, 174




8 Solo Pós Inc 0, 879 1, 895

9 Solo Pós Inc 3, 106 0, 720

N1= 4 amostras de solo Antes Inc , N2=2 amostras de solo Pós Inc (sendo que N1=número de amostras que não foram submetidas a incubação, foram analisadas quimicamente para nos dar as concentrações iniciais de [NO3

-]i e [NH4+]i e N2= número de amostras do solo submetido a

incubação, foram analisadas quimicamente para nos dar as concentrações finais [NO3-]f e

[NH4+]f ou seja pós incubação.

Na tabela 10 encontra-se o cálculo das concentrações médias de NH4+

antes e pós incubação, e as médias das concentrações de NO3- antes e após

período de incubação do solo.

53

Tabela 10 Média das concentrações de NH4+ e NO3- das amostras de solo antes e após incubação, experimento 1

Média [NH4+]i

(µmol/gsolo)

seco Antes Inc.

[NH4+]f

(µmol/gsolo)

seco Pós Inc.

Média [NO3-]i

(µmol/gsolo)

seco Antes Inc.

Média [NO3-]f

(µmol/gsolo)

seco Pós Inc.

0, 764 1, 992 0, 186 1, 307

DP estimado de acordo com o método de range DP=1,0133 para [NH4+] e DP=0,6929 para

[NO3-] (ECKSCHLAGER, 1972 )

Duas sub-amostras do solo analisado após incubação foram retiradas

sem homogeneização do solo incubado. Sendo assim, as grandes variações de

concentrações de espécies inorgânicas de nitrogênio nestas subamostras

possivelmente são explicadas por uma distribuição não homogênea da

umidade no solo durante a incubação Não havia como evitar a percolação de

água para a parte inferior da amostra.

As variações na concentração de nitrato são causadas pela diferença

entre as taxas de nitrificação e desnitrificação. Como não é possível separar os

efeitos de ambos os processos pela variação da [NO3-] antes e após incubação

essa variação nos indica (tabela 11) a taxa líquida de nitrificação. A produção

de N2 indicaria o processo de desnitrificação, porém a variação do nitrogênio

orgânico não pode ser medida, pois é desprezível quando comparada ao

conteúdo total de nitrogênio orgânico no solo. Qualquer variação na

concentração de Norgânico não estaria abaixo de um limite de detecção.

54

A tabela 11 mostra a taxa líquida de nitrificação, mineralização, a

umidade do solo representada pela fração de saturação com água e a

produção de óxido nitroso durante o experimento 1 de incubação.

Tabela 11 Taxa líquida de Nitrificação, Mineralização, Produção de N2O e Umidade, experimento 1. Taxa de

Nitrificação

Líquida (µmol/gsolo

seco/h)

Taxa de

Mineralização


seco/h)

Taxa Média de

Produção N2O

(µmol/gsolo seco/h)

Umidade

(%)

0, 025 0, 052 0, 0094 0,64

A figura 18 mostra a geração e o consumo de gás (medidos

barométricamente) durante o experimento 1 cuja duração foi de

aproximadamente 45,3 horas de incubação do solo.

Figura 18 Geração e consumo de gás do experimento 1, medida conforme o procedimento do Anexo 9.1 interpretada a partir da equação 7).

55

Observa-se na figura 18 uma diminuição da pressão no manômetro

“Tubo em U” ao longo do experimento. Segundo Ingwersen et al. (1999), a

oxidação de NH4+/NH3 para NO3

-, ou seja nitrificação, como indicado pela

Equação 3 anteriormente, ocorre com consumo de oxigênio molecular e

diminuição da pressão.

A nitrificação foi observada a uma taxa constante como pode ser visto

na figura 18. A concentração de N2O medida no gás da câmara estanque após

as primeiras 18 horas de incubação foi de 4410 ppm e após 45,3 h de

incubação 109 ppm. Essa diminuição na quantidade do gás produzido pode ser

explicada pela redução do N2O a N2 após o longo período de incubação do

solo.

6.2.2 Experimento 2


tabela 12 apresenta os resultados das análises químicas que nos mostra a

determinação das concentrações de NH4+ e NO3

- antes e após incubação do

solo neste experimento.

56

Tabela 12 Concentração de NH4+ e NO3- do solo antes e após incubação, experimento 2.

Amostras

[NH4+] µmol/gsolo seco


1 Solo Antes Inc. 0, 421 1, 114

2 Solo Antes Inc. 0, 604 0, 376

3 Solo Antes Inc. 0, 406 1, 988

4 Solo Antes Inc. 0, 270 0, 686

5 Solo Pós Inc. 0, 345 1, 620

10 Solo Pós Inc. 0, 225 1, 612




[NH4+]f ou seja pós incubação).

A tabela 13 mostra cálculos das concentrações médias de NH4+

e NO3-

antes e pós incubação do solo.

Tabela 13 Média das concentrações de NH3 e NO3- do solo antes e após

incubação, experimento 2. Média [NH4+]i

µmol/gsolo

seco Antes Inc.

[NH4+]f

µmol/gsolo

seco Pós Inc.

Média [NO3-]i

µmol/gsolo

seco Antes Inc

Média [NO3-]f

µmol/gsolo

seco Pós Inc.

0, 425 0, 285 1, 041 1, 61

DP estimado de acordo com o método de range DP=0,1495 para [NH4+] e DP=0,6360 para

[NO3-]

57

Como visto na tabela 13, há diminuição na concentração de NH4+

e o

aumento da concentração de NO3-, assim sendo podemos supor que houve

nitrificação, mas através das medidas barométricas poderemos verificar em

que etapa do experimento isso ocorreu.

Através da tabela 14 observa-se que a taxa de nitrificação líquida é

maior que a taxa de mineralização líquida. Pode-se observar também a

umidade que é considerada um fator favorável a nitrificação.

A alíquota de gás retirada do interior da câmara onde o solo foi mantido

incubado durante aproximadamente 49,5 horas apresentou uma concentração

de 253 ppm de N2O.Tem-se uma taxa de produção de N2O aproximadamente

1/60 da taxa de mineralização e 1/80 da taxa de nitrificação.


Nitrificação


seco/h)

Taxa de

Mineralização


seco/h)

Taxa Média de

Produção N2O


Umidade

(%)

0, 012

0, 009

0, 00014

0,48

58

Através da figura 19 pode-se observar durante a incubação as etapas

onde acontece o consumo e a produção de gás no interior da câmara, ao longo

do experimento 2.

Figura 19 Geração e Consumo de Gás durante a incubação do experimento 2.

Todos os dados das determinações químicas de nitrato e amônio

indicam que ocorre a nitrificação, porém através das medidas barométricas

observa-se que a desnitrificação acontece em proporção maior durante todo

experimento. Esse fato não pode ser explicado através de variações das taxas

líquidas de variação na concentração de nitrato e amônio após a incubação,

pois como se pode ver na Equação 4, este processo leva a produção de N2 e

essa produção é desprezível quando comparada as quantidades do gás já

existente no ar do solo.

59

6.2.3 Experimento 3


tabela 15 apresenta a concentração de NO3- e NH4

+ do solo antes e após o

período de Incubação do solo durante este experimento.

Tabela 15 Concentração de NO3- e NH4+ do solo antes da incubação, experimento 3.

Amostras

[NH4+] µmol/gsolo

seco





4 Solo Pós Inc c/

sensor

9, 163 -

5 Solo Pós Inc 1, 476 0, 122

N1= 3 amostras de solo Antes Inc, N2=2 amostras de solo Pós Inc (sendo que N1=número de amostras que não foram submetidas à incubação, foram analisadas quimicamente para nos dar as concentrações iniciais de [NO3

-]i e [NH4+]i e N2= número de amostras do solo submetido à


[NH4+]f, ou seja, pós incubação. A [NO3

-]f da amostra 4 solo pós inc c/ sensor não foi medida.

60

A tabela 16 apresenta o cálculo das médias das concentrações de NH4+

e NO3- do solo antes e após o período de incubação.

.

Tabela 16 Média das concentrações de NH4+ e NO3- do solo antes e após a incubação do experimento 3. Média [NH4+]

µmol/gsolo

seco Antes Inc.

[NH4+]

µmol/gsolo

seco Pós Inc.

Média [NO3-]

µmol/gsolo

seco Antes Inc

[NO3-]

µmol/gsolo

seco Pós Inc.

1, 570 5, 320 0, 204 0, 122

DP calculado de acordo com o método de range DP=3,5238 para [NH4+] e DP =0,1549 para

[NO3-] .

Uma taxa de nitrificação líquida negativa e uma alta taxa de

mineralização líquida são observadas durante o experimento 3 de incubação

(tabela 17).


Nitrificação


seco/h)

Taxa de

Mineralização


seco/h)

Taxa Média de

Produção N2O


Umidade

(%)

-0, 0011

0, 051

0, 00000

0,51

61

Após 72,5 horas de experimento não houve produção de óxido nitroso. A

alta taxa de mineralização pode explicar o aumento na concentração de NH4+

após o período de incubação do solo, fornecendo substrato para nitrificação.

Pode-se observar através da diminuição da pressão na figura 20 que

houve nitrificação seguida de desnitrificação. Obteve-se uma concentração de

óxido nitroso nula. Possivelmente o N2O produzido por nitrificação após um

longo período de incubação foi reduzido a N2 por desnitrificação.

Como houve a geração de gás e não houve produção de óxido nitroso,

amostrou-se uma alíquota de gás do interior da câmara para posterior

determinação de concentração do gás metano. Verificou-se uma concentração

de 2,15 ppm de metano. A pequena produção que pode ter acontecido se deve

a respiração microbiológica anaeróbica.

Figura 20 Consumo e produção do gás durante o experimento 3.

62

6.2.4 Experimento 3 Incubação com barômetro/sensor datalogger

Durante o experimento 3 com o sensor datalogger o solo foi mantido

72,5 horas incubado, a figura 21 mostra toda a variação de pressão dentro da

segunda câmara de incubação registrada pelo barômetro/sensor/datalogger .

Figura 21 Experimento realizado com barômetro/sensor/datalogger (Baro Diver) em uma segunda câmara de incubação durante o experimento 3.

O primeiro experimento com sensor de pressão datalogger nos mostra

em intervalos de 15 minutos durante uma incubação de 113,15 horas uma

pequena queda na pressão dentro câmara após a estabilização da temperatura

do sistema indicando que houve nitrificação durante o experimento de

incubação do solo.

63

6.2.5 Experimento 4

Durante o experimento 4 o solo foi mantido por 73,5 horas incubado, a

tabela 18 apresenta a concentração de NO3- e NH4

+ do solo antes e após o

período de incubação durante o experimento 4.

Tabela 18 Concentração de NH4+ e NO3- do solo antes e após incubação, experimento 4.

Amostras

[NH4+] µmol/gsolo

seco




3 Solo Pós Inc 0, 065 1, 083

6 Solo Pós Inc 0, 018 0, 585




[NH4+]f ou seja pós incubação).

A tabela 19 apresenta o cálculo das médias das concentrações de NH4+

e NO3- do solo antes e após o período de incubação.

64

Tabela 19 Média das concentrações de NH4+ e NO3- do solo antes e após a incubação, experimento 4.

Média [NH4+]

µmol/gsolo

seco Antes Inc.

[NH4+]

µmol/gsolo

seco Pós Inc.

Média [NO3-]

µmol/gsolo

seco Antes Inc

Média [NO3-]

µmol/gsolo

seco Pós Inc.

0, 039 0, 041 0, 652 0, 834

DP calculado de acordo com o método de range DP=0, 0228 para [NH4+] e DP =0, 6158 para

[NO3-]·.

Na tabela 19 observa-se a taxa média da produção de N2O em duas

câmaras simultaneamente. Uma câmara acoplada a um medidor de pressão

tubo em “U” como nos demais experimentos, e uma segunda câmara com um

sensor/data logger (Baro Diver) no seu interior. Os dados da taxa de nitrificação

e mineralização líquida também se encontram na tabela 20.

Tabela 20 Taxa líquida de Nitrificação, Mineralização, Produção de N2O e de Umidade no experimento 4. Taxa de

Nitrificação

Líquida

(µmol/gsolo

seco/h)

Taxa de

Mineralização

Líquida


Taxa Média

de Produção

N2O (µmol/gsolo

seco/h)

Taxa Média de

Produção N2O

(µmol/gsolo

seco/h)c/Sensor

Umidade

(%)

0, 0025

0, 0025

0, 00012

0, 000028

0,54

65

A concentração de N2O após 49,5 h de incubação foi de 387ppm.

A concentração do gás metano na câmara com manômetro tubo em “U”

foi de 1,46 ppm, um pouco abaixo da concentração atmosférica, indicando que

não houve geração durante a incubação e que o consumo de metano foi

desprezível. Na câmara com sensor de pressão pós incubação 2,49 ppm

indicando que neste caso houve certa geração de CH4.

Figura 22 Consumo e produção de gás durante o 4. A diminuição da pressão representada na figura 22 e também o aumento

da concentração de nitrato após a incubação (tabela 17) mostram a nitrificação

ocorrendo inicialmente, seguida de desnitrificação ou metanogênse.

66

Este foi mais um experimento com longo tempo de incubação

aproximadamente 73,5 horas, onde houve absorção de gás inicialmente

durante a nitrificação seguida de produção líquida de gás durante a

desnitrificação. As alíquotas de gás foram retiradas da câmara para posterior

determinação da concentração de N2O e CH4.

O óxido nitroso possivelmente foi produzido durante a nitrificação e

reduzido em seguida a N2 por desnitrificação.

Experimento 4 com barômetro/sensor/datalogger

A figura 23 mostra a variação de pressão dentro da câmara durante a

incubação com barômetro/sensor/datalogger durante o experimento 4.

Figura 23 Experimento 4 realizado com sensor barômetro/sensor/datalogger (Baro Diver) numa segunda câmara de incubação.

67

Este experimento com sensor de pressão datalogger mostra em

intervalos de 15 minutos durante uma incubação de 67,15 horas uma queda na

pressão dentro câmara, esta diminuição da pressão nos dá indícios de

nitrificação. Nos dois experimentos de incubação a nitrificação se dá a uma

taxa constante demonstrada pela constante diminuição da pressão indicada

pelo sensor.

6.3 EMISSÃO N2O INCUBAÇÃO X EMISSÃO N2O NO CAMPO Nas ocasiões de coleta do solo foram realizadas simultaneamente

medidas de fluxo de N2O na interface solo/ em situ. Valores médios para cada

amostragem são apresentados na figura 24.

Figura 24 Média de fluxos de emissão de N2O pelo solo nos dias de coleta para incubações DPs indicados estimados dos experimentos 1, 2 e 4, N=2 (duas medidas de fluxo). Experimento 3, N=1

68

Nenhuma correlação foi observada, entre fluxos de N2O emitido pelo

solo medido no campo e nas taxas de geração de N2O nos experimentos de

incubação correspondentes, os quais são resumidos na figura 25.

Isso possivelmente pode ser explicado pelo fato de que nenhum período

padronizado chegou a ser adotado para as incubações e como mencionado

antes, aparentemente, parte do N2O produzido no início de incubações foi

consumido posteriormente.

Figura 25 Taxa de geração N2O durante as incubações

6.4 RESULTADOS DA ANÁLISE DA ÁGUA DO CURSO D’ÁGUA Tabela 21 Resultados das amostras de água Amostras

de água

Concentração

NO3- µmol/L

Concentração

NH4+ µmol/L

Data da coleta

Superfície 2,3 66 17/11/2010

Fundo 2,0 66 17/11/2010

As concentrações de nitrato e amônio podem variar de acordo com a sazonalidade local.

As amostras coletadas no corpo d’água apresentaram elevadas concentrações

de nitrato e amônio ( tabela 21 ). Os resultados analíticos das concentrações

de nitrato e amônio na água indicam a contribuição do lançamento de esgoto

0,00E+00

2,00E-03

4,00E-03

6,00E-03

8,00E-03

1,00E-02

1 2 3 4 5

Experimentos

mol

/g.s

olo

-1.h

Incubação

69

doméstico e pouco aeração, porém a sazonalidade do período da amostragem

deve ser considerado. Provavelmente a água que chega até o ponto onde

coletou-se o solo e o gás está atuando como fonte de nitrogênio para este solo

podendo ser um dos fatores responsáveis pelo alto fluxo de N2O na área

estudada.

70

Tabela 22 Resumo dos dados das incubações:

Incubação Umidade

solo Duração da incubação h

Seqüência de processos, deduzida da produção de

gás

Magnitude

máxima das variações do

gás Variação gás, início --> fim

Nitrificação, início -->fim

Amônia, início --> fim

Mineralização início --> fim Produção N2O

% saturação µM.gsolo-1h-1 µM.gsolo

-1h-1 µM.gsolo-1h-1 µmol.gsolo

-1h-1

17/Nov 0,64 45,3 Nitrificação, taxa constante Grande (>-100µmol)

-100 (nitrificação) 0,025 0,027 0,052 0,009400

24/Nov 0,48 49,5

Desnitrificação, possivelmente seguida por nitrificação

Pequena (-70µmol)

-45 (nitrificação) -0,0011 0,052 0,051 0,000000

14/Dez 0,54 73,5 Nitrificação, seguida por desnitrificação mais forte

Pequena/média (>=30µmol)

+30 (desnitrificação) 0,0059 0,020 0,0062 0,000120

14/Dez sensor 0,54 73,5 Nitrificação, taxa constante Grande (=-429 µmol)

Grande (=-429 µmol) -0,0009 -0,020 -0,0012 0,0000014

7 RESUMO DOS RESULTADOS

Foram realizados 4 experimentos de incubação. Os dois primeiros

experimentos (Exp 1 e Exp 2) foram realizados com uma câmara com septo para

amostragem do gás do headspace acoplada a um medidor de pressão tubo “U”. Os

dois últimos experimentos (Exp 3 e Exp 4) foram realizados com duas câmaras de

PVC com septo para amostragem do gás do headspace, uma acoplada ao medidor

de pressão tubo “U” e a segunda coma um medidor de pressão

barômetro/sensor/datalogger (Baro Diver) no seu interior.

O experimento 1 apresentou a maior taxa de mineralização (degradação da

matéria orgânica (MO) sob a ação de certas bactérias transformando-as em íons

NH4+), fornecendo quantidades de substrato suficientes para as reações de

nitrificação e maior produção de N2O. A umidade (64%) e o menor tempo de

incubação do solo (45,3 horas) neste experimento podem ajudar a explicar a alta

taxa líquida de nitrificação e a grande produção de óxido nitroso.

Pode-se observar que durante todas as incubações exceto no experimento

com o sensor de pressão datalogger que houve mineralização.

Ao se observar as figuras 18, 19, 20, 21, 22, e 23 nota-se que a nitrificação

ocorreu durante pelo menos em uma parte de todos os experimentos de incubação.

De acordo com o balanço de produção e consumo de gás observa-se nitrificação

líquida ocorrendo em três incubações e a desnitrificação líquida ocorrendo em outras

duas incubações.

72

A nitrificação líquida medida pela diferença das concentrações de NO3- antes

e após a incubação apresenta valores positivos em três casos e valores negativos

em outros dois casos.

Durante o experimento 2 os dados indicam a ocorrência simultânea de

desnitrificação seguida por nitrificação limitada por falta de substrato amônia. A

desnitrificação acontece em proporção maior em todo experimento não pode ser

explicada através de variações das taxas líquidas de variação na concentração de

nitrato e amônio após a incubação, pois este processo leva a produção de N2, e não

é possível medir essa taxa de variação.

O experimento 3 mostra um aumento da concentração de amônia durante a

incubação e alta taxa de mineralização do nitrogênio, o processo de desnitrificação

provavelmente reduziu o N2O para N2, pois não houve geração de N2O entre o início

e o fim da incubação.

Na última incubação experimento 4, observa-se uma nitrificação intensa e a

taxa constante, porém uma menor taxa de N2O também foi observada, podendo ser

explicada pelo maior tempo de incubação que possivelmente favoreceu a redução

do N2O a N2.

Em todos os processos de um modo geral a nitrificação é considerada

dominante já que desnitrificação ocorreu intensamente apenas no experimento 2.

Isso pode mostrar que os experimentos de longa duração não são favoráveis

a produção de óxido nitroso, pois este é reduzido a N2.

O experimento 4 por apresentar as mesmas condiç

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ANA PAULA DA SILVA AVALIAÇÃO DOS PROCESSOS ......S586 Silva, Ana Paula da. Avaliação dos processos responsáveis pela emissão do N2O, num organossolo em Manguariba - RJ / Ana